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为了大气化学的明珠——记环境科学与工程学院教授张远航
日期: 2016-07-08  信息来源: 新闻中心

“如果说大气化学是一顶王冠,那么OH自由基就是王冠上的明珠。”曾有人用这样的比喻来描述OH自由基研究在大气化学领域中的重要性。

作为我国大气化学领域中的领军人物,北大环境科学与工程学院张远航教授长期关注对流层大气OH自由基化学领域,在大气污染的基础理论和防治技术领域主持开展了一系列具有原创性的研究,形成了集污染探测、理论研究、决策支持和区域实践为一体的学术思路,率领研究团队在OH自由基理论研究方面取得了突破,实现了区域大气污染防治的技术创新。

正是由于在大气化学领域中的一系列杰出研究成果,张远航教授于2015年入选中国工程院院士。采访张远航让记者得以走进大气化学的奇妙世界。

 
张远航教授

OH自由基的双面性

许多人都曾思考过这样一个问题:雾霾是怎样产生的?

人们也许会联想到颗粒物污染、汽车尾气……然而,很少有人知道,大气中存在着一种生成雾霾的“帮凶”——以OH自由基为代表的各种氧化剂。

OH自由基具有双面性。作为大气中最重要的氧化剂,对于多数一次污染物(如一氧化碳、挥发性有机物、氮氧化物、二氧化硫等)而言,OH自由基是一种“清洁剂”,具有消解污染物的能力;然而,对于导致更大环境影响(包括雾霾的主要化学成份)的二次污染而言,OH自由基则是污染形成的核心驱动力。了解对流层大气氧化能力的普遍规律,才能更好地理解区域臭氧和灰霾污染以及全球碳氮循环和辐射收支等重大环境问题。OH自由基化学作为对流层大气氧化能力的主要来源,其反应机理一直是国际大气化学研究的热点与前沿。

可以说,要从根本上治理雾霾等污染、持续改善城市和区域空气质量,就必须对大气OH自由基化学要有更加深入和系统的认识。

珠三角的曲折探索

了解OH自由基的第一步,从实地观测开始。

从2000年开始,张远航设立了珠三角区域空气质量综合实验计划PRIDE-PRD,以大气氧化性为重点,先后五次率领国际研究团队前往珠三角开展外场观测实验。2006年,我国首次大气OH自由基的直接测量终于实现了。

这项计划是开创性的,显示出了张远航在科学研究中的眼光。“外场观测实验与实验室研究不同,需要组织者对本学科有全面的深刻了解和很强的科研组织能力。”课题组成员、北大环境科学与工程学院研究员陆克定说。在观测期间,张远航与珠三角当地环保部门和研究单位紧密合作,组织各类讨论会,调控监测资源,亲临实验现场,将德日韩美等国以及台湾、香港等地的国际化研究队伍凝聚在一起,保障了综合观测实验的顺利进行。

在这些实验中,参加单位的优势互补,精益求精的科学追求,让研究团队掌握了极其重要的高质量测量数据资料。

通过选择珠江三角洲开展长期定点实践,张远航研究团队取得了大气氧化性增强机制及灰霾成因的理论创新,实现了区域立体监测和大型综合观测的技术突破,构建了具有特色的区域大气复合污染防治技术体系,为珠江三角洲空气质量的持续改善提供了科技支撑。

陆克定还记得,2006年,他去珠三角参加实验的时候,的士司机一路抱怨空气质量的糟糕;几年后,他再次来到这里开展外场观测时,很多时候已是蓝天白云了。非常显著的是,2015年珠三角区域年平均PM2.5浓度实现达标,珠三角成为区域大气污染防治的技术示范区域……在这一过程中,张远航团队的研究成果也实现了科学价值。

 
张远航教授

突破与新挑战

长期的实地观测中,张远航研究团队与德国于利希研究中心合作,发现珠三角大气OH浓度是迄今全球报道的最高值。

基于OH自由基化学收支闭合实验方法,张远航与其他研究者们展开了从现象到机理的系统探索,提出我国复合污染大气条件下,气态亚硝酸光解是形成高浓度OH的外部条件,发现OH自由基非传统再生机制是形成高浓度OH的内在动力。进而,在同一个理论框架下,对全球九大典型OH自由基观测结果进行了归一化研究,揭示上述OH自由基非传统再生机制是对流层OH自由基化学的一项普遍规律,为制订大气复合污染防治策略提供了新思路。

这一大气化学领域的基础科研成果也许看起来晦涩难懂,却有着突破性的意义。从基础科学方面来看,这项成果为OH自由基化学提出了一个新模型;从日常生活来看,对OH自由基的深入理解会使得污染预报更加准确,并通过大气氧化性的科学调控,有效降低大气重污染的程度,加速雾霾治理的进程。

成果是对前一阶段工作的肯定。一项成果的取得也标志着另一个科研新征程的开始。过去的OH自由基测量需要借助国外的仪器和技术,2010年起,张远航等人也开始着手建立自己的测量平台。2014年初,北京大学大气OH自由基测量系统建立;同年6月,这一系统在华北望都综合观测实验中得到了成功应用,成为全球少数几个具备OH自由基观测能力的机构之一。下一步,他们会关注不同环境大气中自由基化学集成研究等问题,迎接科研旅途上的新挑战。

作为科研工作者,张远航在大气化学领域中所取得的成果并不仅限于此。他主持和完成了科技部973、863课题,国家自然科学基金委面上课题,省部委重点课题,国际合作课题等十几项,参加了“十一五”以来国家大气污染防治科技规划的顶层设计,担任863计划重大项目和科技部蓝天科技工程专项总体专家组组长,研究成果获国家科技进步二等奖1项、省部级一、二等奖多项,在国家大气污染防治科技发展中起到了引领作用。

作为老师,张远航有着自己的坚持。在学生们眼中,张远航在生活中平易近人,在科研上却非常严格。“对于科学,老师是全身心投入的。”环境科学与工程学院2015级博士生屈坤说。老师的严格要求也让大家明白,许多问题放在PPT上并不引人瞩目,但对于细节的苛求往往是科研工作成功的关键。

张远航教过的不少学生都留在了大气化学研究领域中,陆克定便是其中一个。严谨、刻苦、谦逊,这是陆克定对于张远航的印象。张远航为人低调、以身作则,大部分时间都在办公室和实验室里。对于大家而言,他是领路人,也是最好的榜样。

编辑:安宁


   
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